第一篇：雷達(dá)工作 原理

雷達(dá)的原理

雷達(dá)(radar)原是“無線電探測與定位”的英文縮寫。雷達(dá)的基本任務(wù)是探測感興趣的目標(biāo)，測定有關(guān)目標(biāo)的距離、方問、速度等狀態(tài)參數(shù)。雷達(dá)主要由天線、發(fā)射機(jī)、接收機(jī)（包括信號處理機(jī)）和顯示器等部分組成。

雷達(dá)發(fā)射機(jī)產(chǎn)生足夠的電磁能量，經(jīng)過收發(fā)轉(zhuǎn)換開關(guān)傳送給天線。天線將這些電磁能量輻射至大氣中，集中在某一個(gè)很窄的方向上形成波束，向前傳播。電磁波遇到波束內(nèi)的目標(biāo)后，將沿著各個(gè)方向產(chǎn)生反射，其中的一部分電磁能量反射回雷達(dá)的方向，被雷達(dá)天線獲取。天線獲取的能量經(jīng)過收發(fā)轉(zhuǎn)換開關(guān)送到接收機(jī)，形成雷達(dá)的回波信號。由于在傳播過程中電磁波會(huì)隨著傳播距離而衰減，雷達(dá)回波信號非常微弱，幾乎被噪聲所淹沒。接收機(jī)放大微弱的回波信號，經(jīng)過信號處理機(jī)處理，提取出包含在回波中的信息，送到顯示器，顯示出目標(biāo)的距離、方向、速度等。

為了測定目標(biāo)的距離，雷達(dá)準(zhǔn)確測量從電磁波發(fā)射時(shí)刻到接收到回波時(shí)刻的延遲時(shí)間，這個(gè)延遲時(shí)間是電磁波從發(fā)射機(jī)到目標(biāo)，再由目標(biāo)返回雷達(dá)接收機(jī)的傳播時(shí)間。根據(jù)電磁波的傳播速度，可以確定目標(biāo)的距離為：S=CT/2

其中S：目標(biāo)距離

T：電磁波從雷達(dá)到目標(biāo)的往返傳播時(shí)間

C：光速

雷達(dá)測定目標(biāo)的方向是利用天線的方向性來實(shí)現(xiàn)的。通過機(jī)械和電氣上的組合作用，雷達(dá)把天線的小事指向雷達(dá)要探測的方向，一旦發(fā)現(xiàn)目標(biāo)，雷達(dá)讀出些時(shí)天線小事的指向角，就是目標(biāo)的方向角。兩坐標(biāo)雷達(dá)只能測定目標(biāo)的方位角，三坐標(biāo)雷達(dá)可以測定方位角和俯仰角。

測定目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)速度是雷達(dá)的一個(gè)重要功能，—雷達(dá)測速利用了物理學(xué)中的多普勒原理．當(dāng)目標(biāo)和雷達(dá)之間存在著相對位置運(yùn)動(dòng)時(shí)，目標(biāo)回波的頻率就會(huì)發(fā)生改變，頻率的改變量稱為多普勒頻移，用于確定目標(biāo)的相對徑向速度，通常，具有測速能力的雷達(dá)，例如脈沖多普勒雷達(dá)，要比一般雷達(dá)復(fù)雜得多。

雷達(dá)的戰(zhàn)術(shù)指標(biāo)主要包括作用距離、威力范圍、測距分辨力與精度、測角分辨力與精度、測速分辨力與精度、系統(tǒng)機(jī)動(dòng)性等。

其中，作用距離是指雷達(dá)剛好能夠可靠發(fā)現(xiàn)目標(biāo)的距離。它取決于雷達(dá)的發(fā)射功率與天線口徑的乘積，并與目標(biāo)本身反射雷達(dá)電磁波的能力（雷達(dá)散射截面積的大?。┑纫蛩赜嘘P(guān)。威力范圍指由最大作用距離、最小作用距離、最大仰角、最小仰角及方位角范圍確定的區(qū)域。

雷達(dá)的技術(shù)指標(biāo)與參數(shù)很多，而且與雷達(dá)的體制有關(guān)，這里僅僅討論那些與電子對抗關(guān)系密切的主要參數(shù)。

根據(jù)波形來區(qū)分，雷達(dá)主要分為脈沖雷達(dá)和連續(xù)波雷達(dá)兩大類。當(dāng)前常用的雷達(dá)大多數(shù)是脈沖雷達(dá)。常規(guī)脈沖雷達(dá)周期性地發(fā)射高頻脈沖。相關(guān)的參數(shù)為脈沖重復(fù)周期（脈沖重復(fù)頻率）、脈沖寬度以及載波頻率。載波頻率是在一個(gè)脈沖內(nèi)信號的高頻振蕩頻率，也稱為雷達(dá)的工作頻率。

雷達(dá)天線對電磁能量在方向上的聚集能力用波束寬度來描述，波束越窄，天線的方向性越好。但是在設(shè)計(jì)和制造過程中，雷達(dá)天線不可能把所有能量全部集中在理想的波束之內(nèi)，在其它方向上在在著泄漏能量的問題。能量集中在主波束中，我們常常形象地把主波束稱為主瓣，其它方向上由泄漏形成旁瓣。為了覆蓋寬廣的空間，需要通過天線的機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)或電子控制，使雷達(dá)波束在探測區(qū)域內(nèi)掃描。

概括起來，雷達(dá)的技術(shù)參數(shù)主要包括工作頻率（波長）、脈沖重復(fù)頻率、脈沖寬度、發(fā)射功率、天線波束寬度、天線波束掃描方式、接收機(jī)靈敏度等。技術(shù)參數(shù)是根據(jù)雷達(dá)的戰(zhàn)術(shù)性能與指標(biāo)要求來選擇和設(shè)計(jì)的，因此它們的數(shù)值在某種程度上反映了雷達(dá)具有的功能。例如，為提高遠(yuǎn)距離發(fā)現(xiàn)目標(biāo)能力，預(yù)警雷達(dá)采用比較低的工作頻率和脈沖重復(fù)頻率，而機(jī)載雷達(dá)則為減小體積、重量等目的，使用比較高的工作頻率和脈沖重復(fù)頻率。這說明，如果知道了雷達(dá)的技術(shù)參數(shù)，就可在一定程度上識(shí)別出雷達(dá)的種類。

雷達(dá)的用途廣泛，種類繁多，分類的方法也非常復(fù)雜。通常可以按照雷達(dá)的用途分類，如預(yù)警雷達(dá)、搜索警戒雷達(dá)、無線電測高雷達(dá)、氣象雷達(dá)、航管雷達(dá)、引導(dǎo)雷達(dá)、炮瞄雷達(dá)、雷達(dá)引信、戰(zhàn)場監(jiān)視雷達(dá)、機(jī)載截?fù)衾走_(dá)、導(dǎo)航雷達(dá)以及防撞和敵我識(shí)別雷達(dá)等。除了按用途分，還可以從工作體制對雷達(dá)進(jìn)行區(qū)分。這里就對一些新體制的雷達(dá)進(jìn)行簡單的介紹。（軍事觀察·warii.net）

雙/多基地雷達(dá)

普通雷達(dá)的發(fā)射機(jī)和接收機(jī)安裝在同一地點(diǎn)，而雙/多基地雷達(dá)是將發(fā)射機(jī)和接收機(jī)分別安裝在相距很遠(yuǎn)的兩個(gè)或多個(gè)地點(diǎn)上，地點(diǎn)可以設(shè)在地面、空中平臺(tái)或空間平臺(tái)上。由于隱身飛行器外形的設(shè)計(jì)主要是不讓入射的雷達(dá)波直接反射回雷達(dá)，這對于單基地雷達(dá)很有效。但入射的雷達(dá)波會(huì)朝各個(gè)方向反射，總有部分反射波會(huì)被雙/多基地雷達(dá)中的一個(gè)接收機(jī)接收到。美國國防部從七十年代就開始研制、試驗(yàn)雙/多基地雷達(dá)，較著名的“圣殿”計(jì)劃就是專門為研究雙基地雷達(dá)而制定的，已完成了接收機(jī)和發(fā)射機(jī)都安裝在地面上、發(fā)射機(jī)安裝在飛機(jī)上而接收機(jī)安裝在地面上、發(fā)射機(jī)和接收機(jī)都安裝在空中平臺(tái)上的試驗(yàn)。俄羅斯防空部隊(duì)已應(yīng)用雙基地雷達(dá)探測具有一定隱身能力的飛機(jī)。英國已于70年代末80年代初開始研制雙基地雷達(dá)，主要用于預(yù)警系統(tǒng)。

相控陣?yán)走_(dá)

我們知道，蜻蜓的每只眼睛由許許多多個(gè)小眼組成，每個(gè)小眼都能成完整的像，這樣就使得蜻蜓所看到的范圍要比人眼大得多。與此類似，相控陣?yán)走_(dá)的天線陣面也由許多個(gè)輻射單元和接收單元（稱為陣元）組成，單元數(shù)目和雷達(dá)的功能有關(guān)，可以從幾百個(gè)到幾萬個(gè)。這些單元有規(guī)則地排列在平面上，構(gòu)成陣列天線。利用電磁波相干原理，通過計(jì)算機(jī)控制饋往各輻射單元電流的相位，就可以改變波束的方向進(jìn)行掃描，故稱為電掃描。輻射單元把接收到的回波信號送入主機(jī)，完成雷達(dá)對目標(biāo)的搜索、跟蹤和測量。每個(gè)天線單元除了有天線振子之外，還有移相器等必須的器件。不同的振子通過移相器可以被饋入不同的相位的電流，從而在空間輻射出不同方向性的波束。天線的單元數(shù)目越多，則波束在空間可能的方位就越多。這種雷達(dá)的工作基礎(chǔ)是相位可控的陣列天線，“相控陣”由此得名。

相控陣?yán)走_(dá)的優(yōu)點(diǎn)

（1）波束指向靈活，能實(shí)現(xiàn)無慣性快速掃描，數(shù)據(jù)率高；（2）一個(gè)雷達(dá)可同時(shí)形成多個(gè)獨(dú)立波束，分別實(shí)現(xiàn)搜索、識(shí)別、跟蹤、制導(dǎo)、無源探測等多種功能；（3）目標(biāo)容量大，可在空域內(nèi)同時(shí)監(jiān)視、跟蹤數(shù)百個(gè)目標(biāo)；（4）對復(fù)雜目標(biāo)環(huán)境的適應(yīng)能力強(qiáng)；（5）抗干擾性能好。全固態(tài)相控陣?yán)走_(dá)的可靠性高，即使少量組件失效仍能正常工作。但相控陣?yán)走_(dá)設(shè)備復(fù)雜、造價(jià)昂貴，且波束掃描范圍有限，最大掃描角為90°～120°。當(dāng)需要進(jìn)行全方位監(jiān)視時(shí)，需配置3～4個(gè)天線陣面。

相控陣?yán)走_(dá)與機(jī)械掃描雷達(dá)相比，掃描更靈活、性能更可靠、抗干擾能力更強(qiáng)，能快速適應(yīng)戰(zhàn)場條件的變化。多功能相控陣?yán)走_(dá)已廣泛用于地面遠(yuǎn)程預(yù)警系統(tǒng)、機(jī)載和艦載防空系統(tǒng)、機(jī)載和艦載系統(tǒng)、炮位測量、靶場測量等。美國“愛國者”防空系統(tǒng)的AN／MPQ-53雷達(dá)、艦載“宙斯盾”指揮控制系統(tǒng)中的雷達(dá)、B-1B轟炸機(jī)上的APQ-164雷達(dá)、俄羅斯C-300防空武器系統(tǒng)的多功能雷達(dá)等都是典型的相控陣?yán)走_(dá)。隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，固體有源相控陣?yán)走_(dá)得到了廣泛應(yīng)用，是新一代的戰(zhàn)術(shù)防空、監(jiān)視、火控雷達(dá)。

寬帶／超寬帶雷達(dá)

工作頻帶很寬的雷達(dá)稱為寬帶／超寬帶雷達(dá)。隱身兵器通常對付工作在某一波段的雷達(dá)是有效的，而面對覆蓋波段很寬的雷達(dá)就無能為力了，它很可能被超寬帶雷達(dá)波中的某一頻率的電磁波探測到。另一方面，超寬帶雷達(dá)發(fā)射的脈沖極窄，具有相當(dāng)高的距離分辨率，可探測到小目標(biāo)。目前美國正在研制、試驗(yàn)超寬帶雷達(dá)，已完成動(dòng)目標(biāo)顯示技術(shù)的研究，將要進(jìn)行雷達(dá)波形的試驗(yàn)。

合成孔徑雷達(dá)

合成孔徑雷達(dá)通常安裝在移動(dòng)的空中或空間平臺(tái)上，利用雷達(dá)與目標(biāo)間的相對運(yùn)動(dòng)，將雷達(dá)在每個(gè)不同位置上接收到的目標(biāo)回波信號進(jìn)行相干處理，就相當(dāng)于在空中安裝了一個(gè)“大個(gè)”的雷達(dá)，這樣小孔徑天線就能獲得大孔徑天線的探測效果，具有很高的目標(biāo)方位分辨率，再加上應(yīng)用脈沖壓縮技術(shù)又能獲得很高的距離分辨率，因而能探測到隱身目標(biāo)。合成孔徑雷達(dá)在軍事上和民用領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用，如戰(zhàn)場偵察、火控、制導(dǎo)、導(dǎo)航、資源勘測、地圖測繪、海洋監(jiān)視、環(huán)境遙感等。美國的聯(lián)合監(jiān)視與目標(biāo)攻擊雷達(dá)系統(tǒng)飛機(jī)新安裝了一部AN／APY3型X波段多功能合成孔徑雷達(dá)，英、德、意聯(lián)合研制的“旋風(fēng)”攻擊機(jī)正在試飛合成孔徑雷達(dá)。

毫米波雷達(dá)

工作在毫米波段的雷達(dá)稱為毫米波雷達(dá)。它具有天線波束窄、分辯率高、頻帶寬、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)，同時(shí)它工作在目前隱身技術(shù)所能對抗的波段之外，因此它能探測隱身目標(biāo)。毫米波雷達(dá)還具有能力，特別適用于防空、地面作戰(zhàn)和靈巧武器，已獲得了各國的調(diào)試重視。例如，美國的“愛國者”防空導(dǎo)彈已安裝了毫米波雷達(dá)導(dǎo)引頭，目前正在研制更先進(jìn)的毫米波導(dǎo)引頭；俄羅斯已擁有連續(xù)波輸出功率為10千瓦的毫米波雷達(dá)；英、法等國家的一些防空系統(tǒng)也都將采用毫米波雷達(dá)。

激光雷達(dá)

工作在紅外和可見光波段的雷達(dá)稱為激光雷達(dá)。它由激光發(fā)射機(jī)、光學(xué)接收機(jī)、轉(zhuǎn)臺(tái)和信息處理系統(tǒng)等組成，激光器將電脈沖變成光脈沖發(fā)射出去，光接收機(jī)再把從目標(biāo)反射回來的光脈沖還原成電脈沖，送到顯示器。隱身兵器通常是針對微波雷達(dá)的，因此激光雷達(dá)很容易“看穿”隱身目標(biāo)所玩的“把戲”；再加上激光雷達(dá)波束窄、定向性好、測量精度高、分辨率高，因而它能有效地探測隱身目標(biāo)。激光雷達(dá)在軍事上主要用于靶場測量、空間目標(biāo)交會(huì)測量、目標(biāo)精密跟蹤和瞄準(zhǔn)、目標(biāo)成像識(shí)別、導(dǎo)航、精確制導(dǎo)、綜合火控、直升機(jī)防撞、化學(xué)戰(zhàn)劑監(jiān)測、局部風(fēng)場測量、水下目標(biāo)探測等。美國國防部正在開發(fā)用于目標(biāo)探測和識(shí)別的激光雷達(dá)技術(shù)，已進(jìn)行了前視／下視激光雷達(dá)的試驗(yàn)，主要探測偽裝樹叢中的目標(biāo)。法國和德國正在積極進(jìn)行使用激光雷達(dá)探測和識(shí)別直升機(jī)的聯(lián)合研究工作。參考資料：

第二篇：雷達(dá)的工作原理

雷達(dá)的工作原理

蜻蜓的復(fù)眼

我們知道，蜻蜓的每只眼睛由許許多多個(gè)小眼組成，每個(gè)小眼都能成完整的像，這樣就使得蜻蜓所看到的范圍要比人眼大得多。與此類似，相控陣?yán)走_(dá)的天線陣面也由許多個(gè)輻射單元和接收單元（稱為陣元）組成，單元數(shù)目和雷達(dá)的功能有關(guān)，可以從幾百個(gè)到幾萬個(gè)。這些單元有規(guī)則地排列在平面上，構(gòu)成陣列天線。利用電磁波相干原理，通過計(jì)算機(jī)控制饋往各輻射單元電流的相位，就可以改變波束的方向進(jìn)行掃描，故稱為電掃描。輻射單元把接收到的回波信號送入主機(jī)，完成雷達(dá)對目標(biāo)的搜索、跟蹤和測量。每個(gè)天線單元除了有天線振子之外，還有移相器等必須的器件。不同的振子通過移相器可以被饋入不同的相位的電流，從而在空間輻射出不同方向性的波束。天線的單元數(shù)目越多，則波束在空間可能的方位就越多。這種雷達(dá)的工作基礎(chǔ)是相位可控的陣列天線，“相控陣”由此得名。

有源相陣控雷達(dá)和無源相陣控雷達(dá)的區(qū)別是就是無源是只有單個(gè)或者幾個(gè)發(fā)射機(jī)子陣原只能接收，而有源是每個(gè)陣原都有完整的發(fā)射和接收單元！

相控陣?yán)走_(dá)的優(yōu)點(diǎn)：

（1）波束指向靈活，能實(shí)現(xiàn)無慣性快速掃描，數(shù)據(jù)率高；

（2）一個(gè)雷達(dá)可同時(shí)形成多個(gè)獨(dú)立波束，分別實(shí)現(xiàn)搜索、識(shí)別、跟蹤、制導(dǎo)、無源探測等多種功能；

（3）目標(biāo)容量大，可在空域內(nèi)同時(shí)監(jiān)視、跟蹤數(shù)百個(gè)目標(biāo)；

（4）對復(fù)雜目標(biāo)環(huán)境的適應(yīng)能力強(qiáng)；

（5）抗干擾性能好。全固態(tài)相控陣?yán)走_(dá)的可*性高，即使少量組件失效仍能正常工作。

但相控陣?yán)走_(dá)設(shè)備復(fù)雜、造價(jià)昂貴，且波束掃描范圍有限，最大掃描角為90°～120°。當(dāng)需要進(jìn)行全方位監(jiān)視時(shí)，需配置3～4個(gè)天線陣面。

相控陣?yán)走_(dá)與機(jī)械掃描雷達(dá)相比，掃描更靈活、性能更可*、抗干擾能力更強(qiáng)，能快速適應(yīng)戰(zhàn)場條件的變化。多功能相控陣?yán)走_(dá)已廣泛用于地面遠(yuǎn)程預(yù)警系統(tǒng)、機(jī)載和艦載防空系統(tǒng)、機(jī)載和艦載系統(tǒng)、炮位測量、靶場測量等。美國“愛國者”防空系統(tǒng)的AN／MPQ-53雷達(dá)、艦載“宙斯盾”指揮控制系統(tǒng)中的雷達(dá)、B-1B轟炸機(jī)上的APQ-164雷達(dá)、俄羅斯C-300防空武器系統(tǒng)的多功能雷達(dá)等都是典型的相控陣?yán)走_(dá)。隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，固體有源相控陣?yán)走_(dá)得到了廣泛應(yīng)用，是新一代的戰(zhàn)術(shù)防空、監(jiān)視、火控雷達(dá)。

相控陣?yán)走_(dá)有多神？

“宙斯盾”系統(tǒng)的核心就是SPY—1D相控陣?yán)走_(dá)，特別是它出眾的預(yù)警搜索能力和識(shí)別能力，仿佛給妄圖“獨(dú)立”的臺(tái)灣新領(lǐng)導(dǎo)人一根救命稻草，一把夢幻的保護(hù)傘，而相控陣?yán)走_(dá)又再一次走進(jìn)國人的視線中。說到相控陣?yán)走_(dá)或技術(shù)，大家可能很陌生，但如果說起去年美國軍方關(guān)于中國如何監(jiān)測其隱型戰(zhàn)斗機(jī)的報(bào)道，大家可能就清楚了。用一大串電視接收天線來監(jiān)視天空，經(jīng)濟(jì)又有效，這就是最原始、最基礎(chǔ)的雷達(dá)，相控陣?yán)走_(dá)。

下面談一談雷達(dá)和相控陣?yán)走_(dá)的發(fā)展情況。

一、雷達(dá)及其分類

雷達(dá)（Radar，即 radio detecting and ranging），意為無線電搜索和測距。它是運(yùn)用各種無線電定位方法，探測、識(shí)別各種目標(biāo)，測定目標(biāo)坐標(biāo)和其它情報(bào)的裝置。在現(xiàn)代軍事和生產(chǎn)中，雷達(dá)的作用越來越顯示其重要性，特別是第二次世界大戰(zhàn)，英國空軍和納粹德國空軍的“不列顛”空戰(zhàn)，使雷達(dá)的重要性顯露的非常清楚。雷達(dá)由天線系統(tǒng)、發(fā)射裝置、接收裝置、防干擾設(shè)備、顯示器、信號處理器、電源等組成。其中，天線是雷達(dá)實(shí)現(xiàn)大空域、多功能、多目標(biāo)的技術(shù)關(guān)鍵之一；信號處理器是雷達(dá)具有多功能能力的核心組件之 雷達(dá)種類很多，可按多種方法分類：

（1）按定位方法可分為：有源雷達(dá)、半有源雷達(dá)和無源雷達(dá)。

（2）按裝設(shè)地點(diǎn)可分為；地面雷達(dá)、艦載雷達(dá)、航空雷達(dá)、衛(wèi)星雷達(dá)等。

（3）按輻射種類可分為：脈沖雷達(dá)和連續(xù)波雷達(dá)。

（4）按工作被長波段可分：米波雷達(dá)、分米波雷達(dá)、厘米波雷達(dá)和其它波段雷達(dá)。

（5）按用途可分為：目標(biāo)探測雷達(dá)、偵察雷達(dá)、武器控制雷達(dá)、飛行保障雷達(dá)、氣象雷達(dá)、導(dǎo)航雷達(dá)等。

相控陣?yán)走_(dá)是一種新型的有源電掃陣列多功能雷達(dá)。它不但具有傳統(tǒng)雷達(dá)的功能，而且具有其它射頻功能。有源電掃陣列的最重要的特點(diǎn)是能直接向空中輻射和接收射頻能量。它與機(jī)械掃描天線系統(tǒng)相比，有許多顯著的優(yōu)點(diǎn)。例如、相控陣省略了整個(gè)天線驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其中個(gè)別部件發(fā)生故障時(shí)，仍保持較高的可*性，平均無故障時(shí)間為10萬小時(shí)，而機(jī)械掃描雷達(dá)天線的平均無故障時(shí)間小于1000小時(shí)。下面主要介紹先進(jìn)的相控陣?yán)走_(dá)。

二、相控陣?yán)走_(dá)的概況

相控陣技術(shù)，早在30年代后期就已經(jīng)出現(xiàn)。1937年，美國首先開始這項(xiàng)研究工作。但一直到50年代中期才研制出2部實(shí)用型艦載相控陣?yán)走_(dá)。60年代，美國和前蘇聯(lián)相繼研制和裝備了多部相控陣?yán)走_(dá)，多用于彈道導(dǎo)彈防御系統(tǒng)，如美國的AN/FPS-

46、AN/FPS-85、MAR、MSR，前蘇聯(lián)的“雞籠”和“狗窩”等。這些都屬于固定式大型相控陣?yán)走_(dá)，其共同點(diǎn)：采用固定式平面陣天線，天線體積大、輻射功率高、作用距離遠(yuǎn)。其中美國的AN/FPS-85和前蘇聯(lián)的“狗窩”最為典型，70年代，相控陣?yán)走_(dá)得到了迅速發(fā)展，除美蘇兩國外，又有很多國家研制和裝備了相控陣?yán)走_(dá)，如英、法、日、意、德、瑞典等。其中最為典型的有：美國的AN/TPN-25、AN/TPQ-37和GE-592、英國的AR-3D、法國的AN/TPN-

25、日本的NPM-510和J/NPQ-P7、意大利的RAT-31S、德國的KR-75等。這一時(shí)期的相控陣?yán)走_(dá)具有機(jī)動(dòng)性高、天線小型化、天線掃描體制多樣化、應(yīng)用范圍廣等特點(diǎn)。80年代，相控陣?yán)走_(dá)由于具有很多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，得到了更進(jìn)一步的應(yīng)用。在已裝備和正在研制的新一代中、遠(yuǎn)程防空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)中多采用多功能相控陣?yán)走_(dá)，它已成為第三代中、遠(yuǎn)程防空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的一個(gè)重要標(biāo)志。從而，大大提高了防空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的作戰(zhàn)性能。在21世紀(jì)，相控陣?yán)走_(dá)隨著科技的不斷發(fā)展和現(xiàn)代戰(zhàn)爭兵器的特點(diǎn)，其制造和研究將會(huì)更上一層樓。

三、相控陣原理

相控陣，就是由許多輻射單元排成陣列形式構(gòu)成的走向天線，各單元之間的輻射能量和相位關(guān)是可以控制的。典型的相控陣是利用電子計(jì)算機(jī)控制移相器改變天線孔徑上的相位分布來實(shí)現(xiàn)波束在空間掃描，即電子掃描，簡稱電掃。相位控制可采用相位法、實(shí)時(shí)法、頻率法和電子饋電開關(guān)法。在一維上排列若干輻射單元即為線陣，在兩維上排列若干輻射單元稱為平面陣。輻射單元也可以排列在曲線上或曲面上．這種天線稱為共形陣天線。共形陣天線可以克服線陣和平面陣掃描角小的缺點(diǎn)，能以一部天線實(shí)現(xiàn)全空域電掃。通常的共形陣天線有環(huán)形陣、圓面陣、圓錐面陣、圓柱面陣、半球面陣等。綜上所述，相控陣?yán)走_(dá)因其天線為相控陣型而得名。

相控陣?yán)走_(dá)有相當(dāng)密集的天線陣列，在傳統(tǒng)雷達(dá)天線面的面積上目前可安裝一千多到兩千多個(gè)相控陣天線(F-22約有2000個(gè))，任何一個(gè)天線都可收發(fā)雷達(dá)波，而相鄰的數(shù)個(gè)天線即具有一個(gè)雷達(dá)的功能。掃描時(shí)，選定其中一個(gè)區(qū)塊(數(shù)個(gè)天線單元)或數(shù)個(gè)區(qū)塊對單一目標(biāo)或區(qū)域進(jìn)行掃描，因此整個(gè)雷達(dá)可同時(shí)對許多目標(biāo)或區(qū)域進(jìn)行掃描或追蹤，具有多個(gè)雷達(dá)的功能。由於一個(gè)雷達(dá)可同時(shí)針對不同方向進(jìn)行掃描，再加之掃描方式為電子控制而不必由機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)，因此資料更新率大大提高，機(jī)械掃描雷達(dá)因受限於機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)頻率因而資料更新周期為秒或十秒級，電子掃描雷達(dá)則為毫秒或微秒級。因而它更適於對付高機(jī)動(dòng)目標(biāo)。此外由於可發(fā)射窄波束，因而也可充當(dāng)電戰(zhàn)天線使用，如電磁干擾甚至是構(gòu)想中發(fā)射反相位雷達(dá)波來抵消探測電波等。

四、相控陣?yán)走_(dá)分類

相控陣?yán)走_(dá)大體可分為兩大類，即全電掃相控陣和有限電掃相控陣。全電掃相控陣又可稱固定式相控陣，即在方位上和仰角上都采用電掃，天線陣是固定不動(dòng)的。有限電掃相控陣是一種混合設(shè)計(jì)的天線，即把兩種以上天線技術(shù)結(jié)合起來，以獲得所需要的效果，起初把相掃技術(shù)與反射面天線技術(shù)相結(jié)合，其電掃角度小，只需少量的輻射單元，因此可大大降低設(shè)備造價(jià)和復(fù)雜程度。

天線陣，根據(jù)掃描情況可分為相掃、頻掃、相／相掃、相／頻掃、機(jī)/相掃、機(jī)／頻掃、有限掃等多種體制。相掃系列利用移相器改變相位關(guān)系來實(shí)現(xiàn)波束電掃。頻掃是利用改變工作頻率的方法來實(shí)現(xiàn)波束電掃。相/相掃是利用移相器控制平面陣兩個(gè)角坐標(biāo)實(shí)現(xiàn)波束電掃。相／頻掃是利用移相器控制平面陣一個(gè)坐標(biāo)而另一坐標(biāo)利用頻率變化控制來實(shí)現(xiàn)波束電掃．機(jī)/相掃是在方位上采用機(jī)掃、仰角上采用相掃。機(jī)／頻掃是在方位上采用機(jī)掃、仰角上采用頻掃。

五、相控陣?yán)走_(dá)的特點(diǎn)

相控陣?yán)走_(dá)之所以具有強(qiáng)大的生命力，因?yàn)樗鼉?yōu)勝于一般機(jī)械掃描雷達(dá)。它具有以下特點(diǎn)：

（1）能對付多目標(biāo)。相控陣?yán)走_(dá)利用電子掃描的靈活性、快速性和按時(shí)分割原理或多波束，可實(shí)現(xiàn)邊搜索邊跟蹤工作方式，與電子計(jì)算機(jī)相配合，能同時(shí)搜索、探測和跟蹤不同方向和不同高度的多批目標(biāo)，并能同時(shí)制導(dǎo)多枚導(dǎo)彈攻擊多個(gè)空中目標(biāo)。因此，適用于多目標(biāo)、多方向、多層次空襲的作戰(zhàn)環(huán)境。

（2）功能多，機(jī)動(dòng)性強(qiáng)。相控陣?yán)走_(dá)能夠同時(shí)形成多個(gè)獨(dú)立控制的波束，分別用以執(zhí)行搜索、探測、識(shí)別、跟蹤、照射目標(biāo)和跟蹤、制導(dǎo)導(dǎo)彈等多種功能。一部相控陣?yán)走_(dá)能起到多部專用雷達(dá)的作用，如“愛國者”的一部多功能相控陣?yán)走_(dá)可以完成相當(dāng)于“霍克”和“奈基”－2型9部雷達(dá)的功能，而且還遠(yuǎn)比它們能夠同時(shí)對付的目標(biāo)多。因此，可大大減少武器系統(tǒng)的設(shè)備，從而提高系統(tǒng)的機(jī)動(dòng)能力。

（3）反應(yīng)時(shí)間短、數(shù)據(jù)率高。相控陣?yán)走_(dá)可不需要天線驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，波束指向靈活，能實(shí)現(xiàn)無慣性快速掃描，從而縮短了對目標(biāo)信號檢測、錄取、信息傳遞等所需的時(shí)間，具有較高的數(shù)據(jù)率。相控陣天線通常采用數(shù)字化工作方式，使雷達(dá)與數(shù)字計(jì)算機(jī)結(jié)合起來，能大大提高自動(dòng)化程度，簡化了雷達(dá)操作，縮短了目標(biāo)搜索、跟蹤和發(fā)控準(zhǔn)備時(shí)間，便于快速、準(zhǔn)確地實(shí)施畦達(dá)程序和數(shù)據(jù)處理。因而可提高跟蹤空中高速機(jī)動(dòng)目標(biāo)的能力。

（4）抗干擾能力強(qiáng)。相控陣?yán)走_(dá)可以利用分布在天線孔徑上的多個(gè)輻射單元綜合成非常高的功率，并能合理地管理能量和控制主瓣增益，可以根據(jù)不同方向上的需要分配不同的發(fā)射能量，易于實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)旁瓣抑制和自適應(yīng)抗各種干擾，有利于發(fā)現(xiàn)遠(yuǎn)離目標(biāo)和小雷達(dá)反射面目標(biāo)（如隱形飛機(jī)），還可提高抗反輻射導(dǎo)彈的能力。

（5）可靠性高。相控陣?yán)走_(dá)的陣列組較多，且并聯(lián)使用，即使有少量組件失效，仍能正常工作，突然完全失效的可能性最小。此外，隨著固態(tài)器件的發(fā)展，格控陣?yán)走_(dá)的固態(tài)器件越來越多，甚至已生產(chǎn)出全固態(tài)兒控陣?yán)走_(dá)，如美國的。“愛國者”雷達(dá)，其天線的平均故障間隔時(shí)間高達(dá)15萬小時(shí)，即使有10％單元損壞也不會(huì)影響雷達(dá)的正常工作。

當(dāng)然，相控陣?yán)走_(dá)不是十全十美的，也有其缺點(diǎn)。主要是造價(jià)貴，典型的相控陣?yán)走_(dá)比一般雷達(dá)的造價(jià)要高出若干倍。此外，相控陣?yán)走_(dá)對于短程彈道導(dǎo)彈的襲擊可以說是無能為力，這也是美國及臺(tái)灣為什么擔(dān)心大陸方面在福建沿海部署東風(fēng)導(dǎo)彈的原因。而1991年，海灣戰(zhàn)爭期間，伊拉克用“飛毛腿”導(dǎo)彈襲擊以色列的時(shí)候，其“愛國者”導(dǎo)彈根本無法有效將其擊落，何況短短的臺(tái)灣海峽呢？

有源相陣控雷達(dá)和無源相陣控雷達(dá)的區(qū)別

區(qū)別就是無源是只有單個(gè)或者幾個(gè)發(fā)射機(jī)子陣原只能接收，而有源是每個(gè)陣原都有完整的發(fā)射和接收單元！機(jī)載雷達(dá)經(jīng)歷了從機(jī)械掃描形式到相控陣電子掃描，再到最新的保形“智能蒙皮”天線的發(fā)展過程，電子掃描雷達(dá)在作戰(zhàn)使用中的優(yōu)勢在哪里？未來的綜合式射頻（RF）傳感器系統(tǒng)的總體特點(diǎn)和關(guān)鍵技術(shù)是哪些？

近50多年來，機(jī)載雷達(dá)不斷采用新的技術(shù)成果，性能不斷提高，其中重要的有全向多脈沖射頻（MPRF）模式和高分辨率多普勒波束銳化（DBS）技術(shù)在雷達(dá)中的實(shí)際應(yīng)用。目前，由于在信號處理和砷化鎵微波集成電路領(lǐng)域技術(shù)的進(jìn)步，雷達(dá)作為戰(zhàn)術(shù)飛機(jī)主傳感器的地位仍然會(huì)繼續(xù)保持下去。有源ESA的出現(xiàn)是技術(shù)上的又一進(jìn)步。它的每一個(gè)陣元中都有一個(gè)RF發(fā)射機(jī)和靈敏的RF接收機(jī)，在各個(gè)發(fā)射/接收（T/R）模塊內(nèi)都有一個(gè)功率放大器、一個(gè)低噪聲放大器和用砷化鎵技術(shù)制造的相位振幅控制裝置。有源ESA雷達(dá)技術(shù)放棄了傳統(tǒng)的中心式高功率發(fā)射機(jī)，除了具有無源相控陣?yán)走_(dá)的優(yōu)點(diǎn)外，還提高了能量的使用效率并具有自適應(yīng)波束控制、強(qiáng)抗干擾能力和高可*性等優(yōu)點(diǎn)。

西方國家第一代有源相控陣?yán)走_(dá)系統(tǒng)接近定型的有美國裝備F-22和日本裝備FS-X的雷達(dá)。英、法和德國共同研制的AMSAR項(xiàng)目也確定使用先進(jìn)的有源相控陣?yán)走_(dá)技術(shù)，為其后續(xù)的歐洲戰(zhàn)斗機(jī)雷達(dá)的升級改裝做準(zhǔn)備。從今天的角度來看，雷達(dá)技術(shù)未來的下一個(gè)發(fā)展方向是保形“智能蒙皮”陣列，它把有源ESA技術(shù)和多功能共用RF孔徑結(jié)合了起來，在天線陣元的安排上，與飛機(jī)機(jī)身的結(jié)構(gòu)巧妙地配合，實(shí)現(xiàn)寬波段和多功能。保形天線陣列有高性能的處理器并使用空-時(shí)自適應(yīng)處理技術(shù)有效地抑制了外部的噪聲、干擾和雜波并能以最優(yōu)化的方式來探測所感興趣的目標(biāo)。雖然有許多相關(guān)的技術(shù)問題需要解決，但保形“智能蒙皮”技術(shù)并非是個(gè)不切實(shí)際的解決方案，預(yù)計(jì)在20～25年的時(shí)間內(nèi)就可以達(dá)到實(shí)用階段。

在10～15年內(nèi)，對戰(zhàn)術(shù)飛機(jī)射頻傳感器（包括雷達(dá)）未來所執(zhí)行的任務(wù)來說，最迫切的需要是增加功能、提高性能，并且還要注重經(jīng)濟(jì)性和可維護(hù)性。美國的“寶石路”計(jì)劃已經(jīng)證明，航空電子系統(tǒng)通過采用通用模塊、資源共享和傳感器的空間重構(gòu)（重構(gòu)的設(shè)備包括雷達(dá)、電子戰(zhàn)及通信-導(dǎo)航-識(shí)別等射頻傳感器）可以做到系統(tǒng)的造價(jià)和重量減小一半，而可*性提高三倍。它所確立的綜合模塊化航空電子的設(shè)計(jì)原則已用于JSF戰(zhàn)斗機(jī)的綜合傳感器系統(tǒng)（ISS）和多重綜合式射頻傳感器工程的設(shè)計(jì)中，歐洲類似的用于未來戰(zhàn)術(shù)飛機(jī)的綜合式射頻傳感器項(xiàng)目也正在實(shí)施。

第三篇：軍用雷達(dá)的工作原理

軍用雷達(dá)的工作原理

雷達(dá)(radar)原是“無線電探測與定位”的英文縮寫。雷達(dá)的基本任務(wù)是探測感興趣的目標(biāo)，測定有關(guān)目標(biāo)的距離、方問、速度等狀態(tài)參數(shù)。雷達(dá)主要由天線、發(fā)射機(jī)、接收機(jī)（包括信號處理機(jī)）和顯示器等部分組成。

雷達(dá)發(fā)射機(jī)產(chǎn)生足夠的電磁能量

傳感器類型，經(jīng)過收發(fā)轉(zhuǎn)換開關(guān)傳送給天線。天線將這些電磁能量輻射至大氣中，集中在某一個(gè)很窄的方向上形成波束，向前傳播。電磁波遇到波束內(nèi)的目標(biāo)后，將沿著各個(gè)方向產(chǎn)生反射，其中的一部分電磁能量反射回雷達(dá)的方向，被雷達(dá)天線獲取。天線獲取的能量經(jīng)過收發(fā)轉(zhuǎn)換開關(guān)送到接收機(jī)，形成雷達(dá)的回波信號。由于在傳播過程中電磁波會(huì)隨著傳播距離而衰減，雷達(dá)回波信號非常微弱，幾乎被噪聲所淹沒。接收機(jī)放大微弱的回波信號，經(jīng)過信號處理機(jī)處理，提取出包含在回波中的信息，送到顯示器，顯示出目標(biāo)的距離、方向、速度等。

為了測定目標(biāo)的距離，雷達(dá)準(zhǔn)確測量從電磁波發(fā)射時(shí)刻到接收到回波時(shí)刻的延遲時(shí)間，這個(gè)延遲時(shí)間是電磁波從發(fā)射機(jī)到目標(biāo)，再由目標(biāo)返回雷達(dá)接收機(jī)的傳播時(shí)間。根據(jù)電磁波的傳播速度，可以確定目標(biāo)的距離公式為：S=CT/2

其中S為目標(biāo)距離，T為電磁波從雷達(dá)發(fā)射出去到接收到目標(biāo)回波的時(shí)間，C為

光速

雷達(dá)測定目標(biāo)的方向是利用天線的方向性來實(shí)現(xiàn)的。通過機(jī)械和電氣上的組合作用，雷達(dá)把天線的小事指向雷達(dá)要探測的方向，一旦發(fā)現(xiàn)目標(biāo)，雷達(dá)讀出些時(shí)天線小事的指向角，就是目標(biāo)的方向角。兩坐標(biāo)雷達(dá)只能測定目標(biāo)的方位角，三坐

標(biāo)雷達(dá)可以測定方位角和俯仰角。

測定目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)速度是雷達(dá)的一個(gè)重要功能，雷達(dá)測速利用了物理學(xué)中的多普勒原理：當(dāng)目標(biāo)和雷達(dá)之間存在著相對位置運(yùn)動(dòng)時(shí)，目標(biāo)回波的頻率就會(huì)發(fā)生改變，頻率的改變量稱為多普勒頻移，用于確定目標(biāo)的相對徑向速度，通常，具有測速能力的雷達(dá)，例如脈沖多普勒雷達(dá)，要比一般雷達(dá)復(fù)雜得多。

雷達(dá)的戰(zhàn)術(shù)指標(biāo)主要包括作用距離、威力范圍、測距分辨力與精度、測角分辨力與精度、測速分辨力與精度、系統(tǒng)機(jī)動(dòng)性等。

其中，作用距離是指雷達(dá)剛好能夠可靠發(fā)現(xiàn)目標(biāo)的距離。它取決于雷達(dá)的發(fā)射功率與天線口徑的乘積，并與目標(biāo)本身反射雷達(dá)電磁波的能力（雷達(dá)散射截面積的大小）等因素有關(guān)。威力范圍指由最大作用距離、最小作用距離、最大仰角、最

小仰角及方位角范圍確定的區(qū)域。

雷達(dá)的技術(shù)指標(biāo)與參數(shù)很多，而且與雷達(dá)的體制有關(guān)，這里僅僅討論那些與電子

對抗關(guān)系密切的主要參數(shù)。

根據(jù)波形來區(qū)分，雷達(dá)主要分為脈沖雷達(dá)和連續(xù)波雷達(dá)兩大類。當(dāng)前常用的雷達(dá)大多數(shù)是脈沖雷達(dá)。常規(guī)脈沖雷達(dá)周期性地發(fā)射高頻脈沖。相關(guān)的參數(shù)為脈沖重復(fù)周期（脈沖重復(fù)頻率）、脈沖寬度以及載波頻率。載波頻率是在一個(gè)脈沖內(nèi)信號的高頻振蕩頻率，也稱為雷達(dá)的工作頻率。

雷達(dá)天線對電磁能量在方向上的聚集能力用波束寬度來描述，波束越窄，天線的方向性越好。但是在設(shè)計(jì)和制造過程中，雷達(dá)天線不可能把所有能量全部集中在理想的波束之內(nèi)，在其它方向上在在著泄漏能量的問題。能量集中在主波束中，我們常常形象地把主波束稱為主瓣，其它方向上由泄漏形成旁瓣。為了覆蓋寬廣的空間，需要通過天線的機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)或電子控制，使雷達(dá)波束在探測區(qū)域內(nèi)掃描。

概括起來，雷達(dá)的技術(shù)參數(shù)主要包括工作頻率（波長）、脈沖重復(fù)頻率、脈沖寬度、發(fā)射功率、天線波束寬度、天線波束掃描方式、接收機(jī)靈敏度等。技術(shù)參數(shù)是根據(jù)雷達(dá)的戰(zhàn)術(shù)性能與指標(biāo)要求來選擇和設(shè)計(jì)的，因此它們的數(shù)值在某種程度上反映了雷達(dá)具有的功能。例如，為提高遠(yuǎn)距離發(fā)現(xiàn)目標(biāo)能力，預(yù)警雷達(dá)采用比較低的工作頻率和脈沖重復(fù)頻率，而機(jī)載雷達(dá)則為減小體積、重量等目的，使用比較高的工作頻率和脈沖重復(fù)頻率。這說明，如果知道了雷達(dá)的技術(shù)參數(shù)，就可

在一定程度上識(shí)別出雷達(dá)的種類。

雷達(dá)的用途廣泛，種類繁多，分類的方法也非常復(fù)雜。通?？梢园凑绽走_(dá)的用途分類，如預(yù)警雷達(dá)、搜索警戒雷達(dá)、無線電測高雷達(dá)、氣象雷達(dá)、航管雷達(dá)、引導(dǎo)雷達(dá)、炮瞄雷達(dá)、雷達(dá)引信、戰(zhàn)場監(jiān)視雷達(dá)、機(jī)載截?fù)衾走_(dá)、導(dǎo)航雷達(dá)以及防

撞和敵我識(shí)別雷達(dá)等。

除了按用途分，還可以從工作體制對雷達(dá)進(jìn)行區(qū)分。這里就對一些新體制的雷達(dá)

進(jìn)行簡單的介紹。

雙/多基地雷達(dá)

普通雷達(dá)的發(fā)射機(jī)和接收機(jī)安裝在同一地點(diǎn)，而雙/多基地雷達(dá)是將發(fā)射機(jī)和接收機(jī)分別安裝在相距很遠(yuǎn)的兩個(gè)或多個(gè)地點(diǎn)上，地點(diǎn)可以設(shè)在地面、空中平臺(tái)或空間平臺(tái)上。由于隱身飛行器外形的設(shè)計(jì)主要是不讓入射的雷達(dá)波直接反射回雷達(dá)，這對于單基地雷達(dá)很有效。但入射的雷達(dá)波會(huì)朝各個(gè)方向反射，總有部分反射波會(huì)被雙/多基地雷達(dá)中的一個(gè)接收機(jī)接收到。美國國防部從七十年代就開始研制、試驗(yàn)雙/多基地雷達(dá)，較著名的“圣殿”計(jì)劃就是專門為研究雙基地雷達(dá)而制定的，已完成了接收機(jī)和發(fā)射機(jī)都安裝在地面上、發(fā)射機(jī)安裝在飛機(jī)上而接收機(jī)安裝在地面上、發(fā)射機(jī)和接收機(jī)都安裝在空中平臺(tái)上的試驗(yàn)。俄羅斯防空部隊(duì)已應(yīng)用雙基地雷達(dá)探測具有一定隱身能力的飛機(jī)。英國已于70年代末80年代初開始研制雙基地雷達(dá)，主要用于預(yù)警系統(tǒng)。

相控陣?yán)走_(dá)

我們知道，蜻蜓的每只眼睛由許許多多個(gè)小眼組成，每個(gè)小眼都能成完整的像，這樣就使得蜻蜓所看到的范圍要比人眼大得多。與此類似，相控陣?yán)走_(dá)的天線陣面也由許多個(gè)輻射單元和接收單元（稱為陣元）組成，單元數(shù)目和雷達(dá)的功能有關(guān)，可以從幾百個(gè)到幾萬個(gè)。這些單元有規(guī)則地排列在平面上，構(gòu)成陣列天線。利用電磁波相干原理，通過計(jì)算機(jī)控制饋往各輻射單元電流的相位，就可以改變波束的方向進(jìn)行掃描，故稱為電掃描。輻射單元把接收到的回波信號送入主機(jī)，完成雷達(dá)對目標(biāo)的搜索、跟蹤和測量。每個(gè)天線單元除了有天線振子之外，還有移相器等必須的器件。不同的振子通過移相器可以被饋入不同的相位的電流，從而在空間輻射出不同方向性的波束。天線的單元數(shù)目越多，則波束在空間可能的方位就越多。這種雷達(dá)的工作基礎(chǔ)是相位可控的陣列天線，“相控陣”由此得名。

有源相陣控雷達(dá)和無源相陣控雷達(dá)的區(qū)別是就是無源是只有單個(gè)或者幾個(gè)發(fā)射機(jī)子陣原只能接收，而有源是每個(gè)陣原都有完整的發(fā)射和接收單元！

相控陣?yán)走_(dá)的優(yōu)點(diǎn)：

（1）波束指向靈活，能實(shí)現(xiàn)無慣性快速掃描，數(shù)據(jù)率高；（2）一個(gè)雷達(dá)可同時(shí)形成多個(gè)獨(dú)立波束，分別實(shí)現(xiàn)搜索、識(shí)別、跟蹤、制導(dǎo)、無源探測等多種功能；（3）目標(biāo)容量大，可在空域內(nèi)同時(shí)監(jiān)視、跟蹤數(shù)百個(gè)目標(biāo)；（4）對復(fù)雜目標(biāo)環(huán)境的適應(yīng)能力強(qiáng)；（5）抗干擾性能好。全固態(tài)相控陣?yán)走_(dá)的可靠性高，即使

少量組件失效仍能正常工作。

但相控陣?yán)走_(dá)設(shè)備復(fù)雜、造價(jià)昂貴，且波束掃描范圍有限，最大掃描角為90 ～120。當(dāng)需要進(jìn)行全方位監(jiān)視時(shí)，需配置3～4個(gè)天線陣面。

相控陣?yán)走_(dá)與機(jī)械掃描雷達(dá)相比，掃描更靈活、性能更可靠、抗干擾能力更強(qiáng)，能快速適應(yīng)戰(zhàn)場條件的變化。多功能相控陣?yán)走_(dá)已廣泛用于地面遠(yuǎn)程預(yù)警系統(tǒng)、機(jī)載和艦載防空系統(tǒng)、機(jī)載和艦載系統(tǒng)、炮位測量、靶場測量等。美國“愛國者”防空系統(tǒng)的AN／MPQ-53雷達(dá)、艦載“宙斯盾”指揮控制系統(tǒng)中的雷達(dá)、B-1B轟炸機(jī)上的APQ-164雷達(dá)、俄羅斯C-300防空武器系統(tǒng)的多功能雷達(dá)等都是典型的相控陣?yán)走_(dá)。隨著微電子技術(shù)的發(fā)展傳感器與檢測技術(shù)，固體有源相控陣?yán)走_(dá)得到了廣泛應(yīng)用，是新一代的戰(zhàn)術(shù)防空、監(jiān)視、火控雷達(dá)。

寬帶／超寬帶雷達(dá)

工作頻帶很寬的雷達(dá)稱為寬帶／超寬帶雷達(dá)。隱身兵器通常對付工作在某一波段的雷達(dá)是有效的，而面對覆蓋波段很寬的雷達(dá)就無能為力了，它很可能被超寬帶雷達(dá)波中的某一頻率的電磁波探測到。另一方面，超寬帶雷達(dá)發(fā)射的脈沖極窄，具有相當(dāng)高的距離分辨率，可探測到小目標(biāo)。目前美國正在研制、試驗(yàn)超寬帶雷達(dá)，已完成動(dòng)目標(biāo)顯示技術(shù)的研究，將要進(jìn)行雷達(dá)波形的試驗(yàn)。合成孔徑雷達(dá)

合成孔徑雷達(dá)通常安裝在移動(dòng)的空中或空間平臺(tái)上，利用雷達(dá)與目標(biāo)間的相對運(yùn)動(dòng)，將雷達(dá)在每個(gè)不同位置上接收到的目標(biāo)回波信號進(jìn)行相干處理，就相當(dāng)于在空中安裝了一個(gè)“大個(gè)”的雷達(dá)，這樣小孔徑天線就能獲得大孔徑天線的探測效果，具有很高的目標(biāo)方位分辨率，再加上應(yīng)用脈沖壓縮技術(shù)又能獲得很高的距離分辨率，因而能探測到隱身目標(biāo)。合成孔徑雷達(dá)在軍事上和民用領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用，如戰(zhàn)場偵察、火控、制導(dǎo)、導(dǎo)航、資源勘測、地圖測繪、海洋監(jiān)視、環(huán)境遙感等。美國的聯(lián)合監(jiān)視與目標(biāo)攻擊雷達(dá)系統(tǒng)飛機(jī)新安裝了一部AN/APY3型X波段多功能合成孔徑雷達(dá)，英、德、意聯(lián)合研制的“旋風(fēng)”攻擊機(jī)正在試飛合成孔徑雷達(dá)。

毫米波雷達(dá)

工作在毫米波段的雷達(dá)稱為毫米波雷達(dá)。它具有天線波束窄、分辯率高、頻帶寬、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)，同時(shí)它工作在目前隱身技術(shù)所能對抗的波段之外，因此它能探測隱身目標(biāo)。毫米波雷達(dá)還具有攻擊能力，特別適用于防空、地面作戰(zhàn)和靈巧武器，已獲得了各國的調(diào)試重視。例如，美國的“愛國者”防空導(dǎo)彈已安裝了毫米波雷達(dá)導(dǎo)引頭，目前正在研制更先進(jìn)的毫米波導(dǎo)引頭；俄羅斯已擁有連續(xù)波輸出功率為10千瓦的毫米波雷達(dá)；英、法等國家的一些防空系統(tǒng)也都將采用毫米波雷達(dá)。

激光雷達(dá)

工作在紅外和可見光波段的雷達(dá)稱為激光雷達(dá)。它由激光發(fā)射機(jī)、光學(xué)接收機(jī)、轉(zhuǎn)臺(tái)和信息處理系統(tǒng)等組成，激光器將電脈沖變成光脈沖發(fā)射出去，光接收機(jī)再把從目標(biāo)反射回來的光脈沖還原成電脈沖，送到顯示器。隱身兵器通常是針對微波雷達(dá)的，因此激光雷達(dá)很容易“看穿”隱身目標(biāo)所玩的“把戲”；再加上激光雷達(dá)波束窄、定向性好、測量精度高、分辨率高，因而它能有效地探測隱身目標(biāo)。激光雷達(dá)在軍事上主要用于靶場測量、空間目標(biāo)交會(huì)測量、目標(biāo)精密跟蹤和瞄準(zhǔn)、目標(biāo)成像識(shí)別、導(dǎo)航、精確制導(dǎo)、綜合火控、直升機(jī)防撞、化學(xué)戰(zhàn)劑監(jiān)測、局部風(fēng)場測量、水下目標(biāo)探測等。美國國防部正在開發(fā)用于目標(biāo)探測和識(shí)別的激光雷達(dá)技術(shù)，已進(jìn)行了前視／下視激光雷達(dá)的試驗(yàn)，主要探測偽裝樹叢中的目標(biāo)。法國和德國正在積極進(jìn)行使用激光雷達(dá)探測和識(shí)別直升機(jī)的聯(lián)合研究工作。

相控陣?yán)走_(dá)有多神？

“宙斯盾”系統(tǒng)的核心就是SPY—1D相控陣?yán)走_(dá)，特別是它出眾的預(yù)警搜索能力和識(shí)別能力，仿佛給妄圖“獨(dú)立”的臺(tái)灣新領(lǐng)導(dǎo)人一根救命稻草，一把夢幻的保護(hù)傘，而相控陣?yán)走_(dá)又再一次走進(jìn)國人的視線中。說到相控陣?yán)走_(dá)或技術(shù)，大家可能很陌生，但如果說起去年美國軍方關(guān)于中國如何監(jiān)測其隱型戰(zhàn)斗機(jī)的報(bào)道，大家可能就清楚了。用一大串電視接收天線來監(jiān)視天空，經(jīng)濟(jì)又有效，這就是最原始、最基礎(chǔ)的雷達(dá)，相控陣?yán)走_(dá)。

下面談一談雷達(dá)和相控陣?yán)走_(dá)的發(fā)展情況。

一、雷達(dá)及其分類

雷達(dá)（Radar，即 radio detecting and ranging），意為無線電搜索和測距。它是運(yùn)用各種無線電定位方法，探測、識(shí)別各種目標(biāo)，測定目標(biāo)坐標(biāo)和其它情報(bào)的裝置。在現(xiàn)代軍事和生產(chǎn)中，雷達(dá)的作用越來越顯示其重要性，特別是第二次世界大戰(zhàn)，英國空軍和納粹德國空軍的“不列顛”空戰(zhàn)，使雷達(dá)的重要性顯露的非常清楚。雷達(dá)由天線系統(tǒng)、發(fā)射裝置、接收裝置、防干擾設(shè)備、顯示器、信號處理器、電源等組成。其中，天線是雷達(dá)實(shí)現(xiàn)大空域、多功能、多目標(biāo)的技術(shù)關(guān)鍵之一；信號處理器是雷達(dá)具有多功能能力的核心組件之 雷達(dá)種類很多，可按多種方法分類：

（1）按定位方法可分為：有源雷達(dá)、半有源雷達(dá)和無源雷達(dá)。

（2）按裝設(shè)地點(diǎn)可分為；地面雷達(dá)、艦載雷達(dá)、航空雷達(dá)、衛(wèi)星雷達(dá)等。

（3）按輻射種類可分為：脈沖雷達(dá)和連續(xù)波雷達(dá)。

（4）按工作被長波段可分：米波雷達(dá)、分米波雷達(dá)、厘米波雷達(dá)和其它波段雷達(dá)。

（5）按用途可分為：目標(biāo)探測雷達(dá)、偵察雷達(dá)、武器控制雷達(dá)、飛行保障雷達(dá)、氣象雷達(dá)、導(dǎo)航雷達(dá)等。

相控陣?yán)走_(dá)是一種新型的有源電掃陣列多功能雷達(dá)。它不但具有傳統(tǒng)雷達(dá)的功能，而且具有其它射頻功能。有源電掃陣列的最重要的特點(diǎn)是能直接向空中輻射和接收射頻能量。它與機(jī)械掃描天線系統(tǒng)相比，有許多顯著的優(yōu)點(diǎn)。例如、相控陣省略了整個(gè)天線驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其中個(gè)別部件發(fā)生故障時(shí)，仍保持較高的可靠性，平均無故障時(shí)間為10萬小時(shí)，而機(jī)械掃描雷達(dá)天線的平均無故障時(shí)間小于1000小時(shí)。下面主要介紹先進(jìn)的相控陣?yán)走_(dá)。

二、相控陣?yán)走_(dá)的概況

相控陣技術(shù)，早在30年代后期就已經(jīng)出現(xiàn)。1937年，美國首先開始這項(xiàng)研究工作。但一直到50年代中期才研制出2部實(shí)用型艦載相控陣?yán)走_(dá)。60年代，美國和前蘇聯(lián)相繼研制和裝備了多部相控陣?yán)走_(dá)，多用于彈道導(dǎo)彈防御系統(tǒng)，如美國的AN/FPS-

46、AN/FPS-85、MAR、MSR，前蘇聯(lián)的“雞籠”和“狗窩”等。這些都屬于固定式大型相控陣?yán)走_(dá)，其共同點(diǎn)：采用固定式平面陣天線，天線體積大、輻射功率高、作用距離遠(yuǎn)。其中美國的AN/FPS-85和前蘇聯(lián)的“狗窩”最為典型，70年代，相控陣?yán)走_(dá)得到了迅速發(fā)展，除美蘇兩國外，又有很多國家研制和裝備了相控陣?yán)走_(dá)，如英、法、日、意、德、瑞典等。其中最為典型的有：美國的AN/TPN-25、AN/TPQ-37和GE-592、英國的AR-3D、法國的AN/TPN-

25、日本的NPM-510和J/NPQ-P7、意大利的RAT-31S、德國的KR-75等。這一時(shí)期的相控陣?yán)走_(dá)具有機(jī)動(dòng)性高、天線小型化、天線掃描體制多樣化、應(yīng)用范圍廣等特點(diǎn)。80年代，相控陣?yán)走_(dá)由于具有很多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，得到了更進(jìn)一步的應(yīng)用。在已裝備和正在研制的新一代中、遠(yuǎn)程防空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)中多采用多功能相控陣?yán)走_(dá)，它已成為第三代中、遠(yuǎn)程防空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的一個(gè)重要標(biāo)志。從而，大大提高了防空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的作戰(zhàn)性能。在21世紀(jì)，相控陣?yán)走_(dá)隨著科技的不斷發(fā)展和現(xiàn)代戰(zhàn)爭兵器的特點(diǎn)，其制造和研究將會(huì)更上一層樓。

三、相控陣原理

相控陣，就是由許多輻射單元排成陣列形式構(gòu)成的走向天線，各單元之間的輻射能量和相位關(guān)是可以控制的。典型的相控陣是利用電子計(jì)算機(jī)控制移相器改變天線孔徑上的相位分布來實(shí)現(xiàn)波束在空間掃描儀表技術(shù)與傳感器，即電子掃描，簡稱電掃。相位控制可采用相位法、實(shí)時(shí)法、頻率法和電子饋電開關(guān)法。在一維上排列若干輻射單元即為線陣，在兩維上排列若干輻射單元稱為平面陣。輻射單元也可以排列在曲線上或曲面上．這種天線稱為共形陣天線。共形陣天線可以克服線陣和平面陣掃描角小的缺點(diǎn)，能以一部天線實(shí)現(xiàn)全空域電掃。通常的共形陣天線有環(huán)形陣、圓面陣、圓錐面陣、圓柱面陣、半球面陣等。綜上所述，相控陣?yán)走_(dá)因其天線為相控陣型而得名。

四、相控陣?yán)走_(dá)分類

相控陣?yán)走_(dá)大體可分為兩大類，即全電掃相控陣和有限電掃相控陣。全電掃相控陣又可稱固定式相控陣，即在方位上和仰角上都采用電掃，天線陣是固定不動(dòng)的。有限電掃相控陣是一種混合設(shè)計(jì)的天線，即把兩種以上天線技術(shù)結(jié)合起來，以獲得所需要的效果，起初把相掃技術(shù)與反射面天線技術(shù)相結(jié)合，其電掃角度小，只需少量的輻射單元，因此可大大降低設(shè)備造價(jià)和復(fù)雜程度。

天線陣，根據(jù)掃描情況可分為相掃、頻掃、相／相掃、相／頻掃、機(jī)/相掃、機(jī)／頻掃、有限掃等多種體制。相掃系列利用移相器改變相位關(guān)系來實(shí)現(xiàn)波束電掃。頻掃是利用改變工作頻率的方法來實(shí)現(xiàn)波束電掃。相/相掃是利用移相器控制平面陣兩個(gè)角坐標(biāo)實(shí)現(xiàn)波束電掃。相／頻掃是利用移相器控制平面陣一個(gè)坐標(biāo)而另一坐標(biāo)利用頻率變化控制來實(shí)現(xiàn)波束電掃．機(jī)/相掃是在方位上采用機(jī)掃、仰角上采用相掃。機(jī)／頻掃是在方位上采用機(jī)掃、仰角上采用頻掃。

五、相控陣?yán)走_(dá)的特點(diǎn)

相控陣?yán)走_(dá)之所以具有強(qiáng)大的生命力，因?yàn)樗鼉?yōu)勝于一般機(jī)械掃描雷達(dá)。它具有以下特點(diǎn)：

（1）能對付多目標(biāo)。相控陣?yán)走_(dá)利用電子掃描的靈活性、快速性和按時(shí)分割原理或多波束，可實(shí)現(xiàn)邊搜索邊跟蹤工作方式，與電子計(jì)算機(jī)相配合，能同時(shí)搜索、探測和跟蹤不同方向和不同高度的多批目標(biāo)，并能同時(shí)制導(dǎo)多枚導(dǎo)彈攻擊多個(gè)空中目標(biāo)。因此，適用于多目標(biāo)、多方向、多層次空襲的作戰(zhàn)環(huán)境。

（2）功能多，機(jī)動(dòng)性強(qiáng)。相控陣?yán)走_(dá)能夠同時(shí)形成多個(gè)獨(dú)立控制的波束，分別用以執(zhí)行搜索、探測、識(shí)別、跟蹤、照射目標(biāo)和跟蹤、制導(dǎo)導(dǎo)彈等多種功能。一部相控陣?yán)走_(dá)能起到多部專用雷達(dá)的作用，如“愛國者”的一部多功能相控陣?yán)走_(dá)可以完成相當(dāng)于“霍克”和“奈基”－2型9部雷達(dá)的功能，而且還遠(yuǎn)比它們能夠同時(shí)對付的目標(biāo)多。因此，可大大減少武器系統(tǒng)的設(shè)備，從而提高系統(tǒng)的機(jī)動(dòng)能力。

（3）反應(yīng)時(shí)間短、數(shù)據(jù)率高。相控陣?yán)走_(dá)可不需要天線驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，波束指向靈活，能實(shí)現(xiàn)無慣性快速掃描，從而縮短了對目標(biāo)信號檢測、錄取、信息傳遞等所需的時(shí)間，具有較高的數(shù)據(jù)率。相控陣天線通常采用數(shù)字化工作方式，使雷達(dá)與數(shù)字計(jì)算機(jī)結(jié)合起來，能大大提高自動(dòng)化程度，簡化了雷達(dá)操作，縮短了目標(biāo)搜索、跟蹤和發(fā)控準(zhǔn)備時(shí)間，便于快速、準(zhǔn)確地實(shí)施畦達(dá)程序和數(shù)據(jù)處理。因而可提高跟蹤空中高速機(jī)動(dòng)目標(biāo)的能力。

（4）抗干擾能力強(qiáng)。相控陣?yán)走_(dá)可以利用分布在天線孔徑上的多個(gè)輻射單元綜合成非常高的功率，并能合理地管理能量和控制主瓣增益，可以根據(jù)不同方向上的需要分配不同的發(fā)射能量，易于實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)旁瓣抑制和自適應(yīng)抗各種干擾，有利于發(fā)現(xiàn)遠(yuǎn)離目標(biāo)和小雷達(dá)反射面目標(biāo)（如隱形飛機(jī)），還可提高抗反輻射導(dǎo)彈的能力。

（5）可靠性高。相控陣?yán)走_(dá)的陣列組較多，且并聯(lián)使用，即使有少量組件失效，仍能正常工作，突然完全失效的可能性最小。此外，隨著固態(tài)器件的發(fā)展，格控陣?yán)走_(dá)的固態(tài)器件越來越多，甚至已生產(chǎn)出全固態(tài)兒控陣?yán)走_(dá)，如美國的?！皭蹏摺崩走_(dá)，其天線的平均故障間隔時(shí)間高達(dá)15萬小時(shí)，即使有10％單元損壞也不會(huì)影響雷達(dá)的正常工作。

當(dāng)然，相控陣?yán)走_(dá)不是十全十美的，也有其缺點(diǎn)。主要是造價(jià)貴，典型的相控陣?yán)走_(dá)比一般雷達(dá)的造價(jià)要高出若干倍。此外，相控陣?yán)走_(dá)對于短程彈道導(dǎo)彈的襲擊可以說是無能為力，這也是美國及臺(tái)灣為什么擔(dān)心大陸方面在福建沿海部署東風(fēng)導(dǎo)彈的原因。而1991年，海灣戰(zhàn)爭期間，伊拉克用“飛毛腿”導(dǎo)彈襲擊以色列的時(shí)候，其“愛國者”導(dǎo)彈根本無法有效將其擊落，何況短短的臺(tái)灣海峽呢？

第四篇：雷達(dá)液位計(jì)的工作原理

雷達(dá)液位計(jì)的工作原理

雷達(dá)液位計(jì)的工作原理

發(fā)射—反射—接收是雷達(dá)液位計(jì)的基本工作原理。

雷達(dá)傳感器的天線以波束的形式發(fā)射電磁波信號，發(fā)射波在被測物料表面產(chǎn)生反射，反射回來的回波信號仍由天線接收。發(fā)射及反射波束中的每一點(diǎn)都采用超聲采樣的方法進(jìn)行采集。信號經(jīng)智能處理器處理后得出介質(zhì)與探頭之間的距離，送終端顯示器進(jìn)行顯示、報(bào)警、操作等。微波測距示意圖如圖1所示。

圖中，E－空槽（罐）的高度；F—滿槽（罐）的高度； D—探頭至介質(zhì)表面的距離；L—實(shí)際物位

雷達(dá)脈沖信號從發(fā)射到接收的運(yùn)行時(shí)間與探頭到介質(zhì)表面的距離D成正比，即：

D=v×t/2

式中，t—脈沖從發(fā)射到接收的時(shí)間間隔 v—波形傳播速度

因空槽距離E已知，故實(shí)際物位的距離L為：

L=E-D 式中，E的基準(zhǔn)點(diǎn)是過程連接的底部

在發(fā)射的時(shí)間間隔里，天線系統(tǒng)作為接收裝置使用。儀表分析、處理運(yùn)行

時(shí)間小于十億分之一秒的回波信號，并在極短的一瞬間分析處理回波。

雷達(dá)傳感器利用特殊的時(shí)間間隔調(diào)整技術(shù)將每秒的回波信號進(jìn)行放大、定位，然后進(jìn)行分析處理。因此雷達(dá)傳感器可以在0.1s內(nèi)精確細(xì)致地分析處理這些被放大的回波信號，無須花費(fèi)很多時(shí)間來分析頻率。

雷達(dá)液位計(jì)的特點(diǎn)

雷達(dá)液位計(jì)最大的特點(diǎn)是在惡劣條件下功效顯著。無論是有毒介質(zhì)，還是腐蝕性介質(zhì)，也無論是固體、液體還是粉塵性、漿狀介質(zhì)，它都可以進(jìn)行測量。在測量方面，具有以下特點(diǎn)：

1、連續(xù)準(zhǔn)確地測量

由于電磁波的特點(diǎn)，不受環(huán)境的影響。故其測量的應(yīng)用場合比較廣。雷達(dá)液位計(jì)的探頭與介質(zhì)表面無接觸，屬非接觸測量，能夠準(zhǔn)確、快速地測量不同的介質(zhì)。探頭幾乎不受溫度、壓力、氣體等的影響（500℃時(shí)影響僅為0.018%，50bar時(shí)為0.8%）。

2、對干擾回波具有抑制功能

比如，波束范圍內(nèi)接頭引起的干擾回波和進(jìn)料或出料的噪聲引起的干擾回波等可由內(nèi)部的模糊邏輯控制自動(dòng)進(jìn)行抑制。

3、準(zhǔn)確安全節(jié)省能源

雷達(dá)液位計(jì)在真空、受壓狀態(tài)下都可進(jìn)行測量，而且準(zhǔn)確安全，可*性強(qiáng)。可以不受任何限制，適用于各種場合。雷達(dá)液位計(jì)采用材料的化學(xué)性、機(jī)械性都相當(dāng)穩(wěn)定，且材料可以循環(huán)利用，極具環(huán)保功效。

4、無須維修且可*性強(qiáng)

微波幾乎不受干擾，與測量介質(zhì)不直接接觸，幾乎可以被應(yīng)用于各種場合，如真空測量、液位測量或料位測量等。由于高級材料的使用，對情況極其復(fù)雜的化學(xué)、物理?xiàng)l件都很耐用，它可以提供準(zhǔn)確可*、長期穩(wěn)定的模擬量或數(shù)字量的物位信號。

5、維護(hù)方便，操作簡單

雷達(dá)液位計(jì)具有故障報(bào)警及自診斷功能。根據(jù)操作顯示模塊提示的錯(cuò)誤代碼分析故障，及時(shí)確定故障予以排除，使維護(hù)校正更加方便、準(zhǔn)確，保障儀表的正常運(yùn)行。

6、適用范圍廣，幾乎可以測量所有介質(zhì)

從槽罐體的形狀來說，雷達(dá)液位計(jì)可以對球罐、臥罐、柱形罐、圓柱椎體罐等的液位進(jìn)行測量；從罐體功能來說，可以對儲(chǔ)罐、緩沖罐、微波管、旁通管中的液位進(jìn)行測量；從被測介質(zhì)來說，可以對液體、顆粒、料漿等進(jìn)行測量。

雷達(dá)液位計(jì)的應(yīng)用

1、安裝注意事項(xiàng)

（1）天線平行于測量槽壁，利于微波的傳播。

（2）安裝位置距槽壁距離應(yīng)大于30cm，以免將槽壁上的虛假信號誤做回波信號。

（3）盡量避開下料區(qū)、攪拌器等干擾源，使波束范圍內(nèi)無固定物，提高信號的可信度。

（4）接管直徑應(yīng)小于或等于屏蔽管長度（100mm或250mm）。

差壓式液位變送器的測量原理

差壓式液位變送器的測量原理

差壓式液位變送器安裝在液體容器的底部，通過表壓信號反映液位高度。在制藥、食品、化工行業(yè)液位測量控制過程中，盛裝液體的容器經(jīng)常處于有壓的情況下工作，此時(shí)常規(guī)的靜壓式液位變送器變不能滿足測量要求，LY-P200系列差壓式變送器是蘭宇電氣自動(dòng)化有限公司開發(fā)研制的全新型工業(yè)壓力變送器。由于在傳感器電路和結(jié)構(gòu)上的改進(jìn)，LY-P200已提高了差壓液位測量技術(shù)在制藥和食品行業(yè)的實(shí)用價(jià)值?，F(xiàn)在，這種新型液位測量技術(shù)已被制藥、食品及其它行業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用。

由于行業(yè)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)的要求，需要進(jìn)行特殊環(huán)境的工藝處理，既要求量程小、精度高，又要求耐高溫、耐腐蝕及高過載承受能力的液位變送器。

依據(jù)這一方面的要求，LY-P200液位變送器采用進(jìn)口的陶瓷電容壓力傳感器，純凈的陶瓷基體，無任何填充液，不產(chǎn)生工藝污染，能滿足食品、醫(yī)藥行業(yè)要求，同時(shí)與被測介質(zhì)連接元件采用316L不銹鋼制作，連接方式有快裝卡盤和法蘭盤等形式。陶瓷傳感器和316L不銹鋼無毒、耐腐蝕且便于清洗，可滿足制藥和食品衛(wèi)生行業(yè)要求。

工 作 原 理

壓式液位計(jì)測量原理圖。當(dāng)差壓計(jì)一端接液相，另一端接氣相時(shí)，根據(jù)流體靜力學(xué)原理，有：

PB=PA+Hρg（2-1）式中： H——液體高度；

ρ——被測介質(zhì)密度；

g——被測當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣?。由式?-1）可得：

ΔP= PB－PA= Hρg

在一般情況下，被測介質(zhì)的密度和重力加速度都是已知的，因此，差壓計(jì)測得的差壓與液體的高度H成正比，這樣就把測量液體的高度的問題變成了測量差壓的問題。

主 要 性 能 指 標(biāo)

二．幾種常見油罐液位計(jì)的性能特點(diǎn)及選用

油罐是油田煉油廠、油庫、油品碼頭及石化企業(yè)普遍需要使用的儲(chǔ)存設(shè)備，對罐內(nèi)液體介質(zhì)(石油化工產(chǎn)品)而言，主要是要測量其液位、溫度、密度和壓力(帶壓儲(chǔ)罐)等參數(shù)，據(jù)以計(jì)算出儲(chǔ)液的體積及質(zhì)量儲(chǔ)量。油罐一般分為中間罐和貿(mào)易罐兩大類，中間罐僅對液位、溫度和壓力(帶壓儲(chǔ)罐)等參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測，以防止油罐發(fā)生冒頂、抽真空等事故，并不需要交接監(jiān)控計(jì)量；對貿(mào)易罐內(nèi)介質(zhì)的液位、溫度、密度、體積、質(zhì)量則必須經(jīng)常監(jiān)測和計(jì)量，且精度要求很高。不同的大小和種類的油罐，所用液位計(jì)的性能特點(diǎn)也不一樣，因此，根據(jù)用戶的需要及投資要求，合

理選用液位計(jì)，以便達(dá)到最合理的性能價(jià)格比。1常見液位計(jì)的性能特點(diǎn) 1．1人工測量尺：

利用浸入式刻度鋼皮尺測量液位，取樣來測量油溫和比重，通過計(jì)算得到罐內(nèi)儲(chǔ)液體積和重量。這是一種古老的也是至今仍被全世界廣泛使用的儲(chǔ)罐計(jì)量方法，它可以用作現(xiàn)場檢驗(yàn)其它測量儀表的參考手段。人工液位測量的精確度一般認(rèn)為是使用的刻度鋼尺精度加上±2mm的人為讀數(shù)誤差。1．2浮子式鋼帶液位計(jì)

這種液位計(jì)國外從三十年代就開始使用，至今仍有比較高的市場占有率，其優(yōu)點(diǎn)是觀測比較直觀、價(jià)格便宜，其缺點(diǎn)是傳動(dòng)部件比較多，易發(fā)生機(jī)械故障，13常維護(hù)量大，對安裝要求也比較高，需要生產(chǎn)廠家現(xiàn)場指導(dǎo)安裝。對于投資有限的項(xiàng)目，中、小型罐仍可考慮選用該液位計(jì)，但高度在16m以上的油罐不宜采用，因?yàn)橛凸拊礁撸瑢Π惭b平行度、垂直度以及盤簧的質(zhì)量要求也越高；外浮頂罐也不宜采用此種液位計(jì)，因?yàn)槿菀资艿斤L(fēng)的影響，使指針不停擺動(dòng)，導(dǎo)致出現(xiàn)指示 不穩(wěn)定并且容易破環(huán)衡力盤簧。另一種光導(dǎo)液位計(jì)也屬于這一行列。這兩種液位計(jì)適用于中小煉廠、小油庫及中間原料油罐區(qū)。1．3伺服式液位計(jì)

伺服式液位計(jì)被廣泛用于儲(chǔ)罐液位的高精度測量，它是一種多功能儀表，既可以測量液位也可以測量界面、密度和罐底。該液位計(jì)基于浮力平衡的原理，用一臺(tái)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)體積較小的浮子，使浮子隨液位或介面變化，能夠精確測量出液位等參數(shù)。這種液位計(jì)的特點(diǎn)是：

(1)由于不存在滑輪、齒輪的摩擦力，測量精度比較有保證(±0．9mm)； ’(2)由于幾乎沒有傳動(dòng)機(jī)械部件，可靠性高，同時(shí)故障率比較低；

(3)可以測量液位、界位、介質(zhì)比重等參數(shù)。其與計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)，具有很強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力，經(jīng)運(yùn)算處理可以給出油罐計(jì)量所需要的各種參數(shù)，如液位、界位、體積、密度、水尺、質(zhì)量等； 1．4磁致式液位計(jì)

磁致式液位計(jì)是一種新型的非接觸式的液位計(jì)，是目前精度最高的選擇，可以安裝在油罐的頂部

或側(cè)面，其工作原理是利用磁場脈沖波，測量時(shí)液位計(jì)的頭部發(fā)出電流“詢問脈沖”，此脈沖同時(shí)產(chǎn)生磁場，沿波導(dǎo)管內(nèi)的感應(yīng)線向下運(yùn)行，在液位計(jì)管外配有浮子，浮子可隨液位沿側(cè)桿上下移動(dòng)，浮子內(nèi)設(shè)有一組永久磁鐵，其磁場與脈沖產(chǎn)生的磁場相遇則產(chǎn)生一個(gè)新的變化磁場，隨之產(chǎn)生新的電磁“返回脈沖”，測定“詢問脈沖”和“返回脈沖”的周期便可知道液位的變化。因此，磁致式液位計(jì)是以浮子為測量元件通過磁耦合的變化傳遞到指示器，使指示器能夠清晰地指示出液位的高度，液位計(jì)配備有液位報(bào)警器和液位變送器。報(bào)警器可實(shí)現(xiàn)液位的上下限控制及極限報(bào)警，液位變送器可以將液位的變化轉(zhuǎn)換成一定強(qiáng)度的電流信號。該液位計(jì)使用特點(diǎn)如下：

(1)可動(dòng)部分只有浮子，故維護(hù)量小，安裝比較簡單，精度也比較高；(2)可測量介質(zhì)的液位和溫度，但不適合重質(zhì)(粘度大)油品的測量；(3)在工程實(shí)際安裝時(shí)，經(jīng)常出現(xiàn)安裝時(shí)的底部固定問題，而且越長的測量范圍，實(shí)際安裝越復(fù)雜；(4)價(jià)格非常高昂。1．5超聲波液位計(jì)

罐外用超聲波液位計(jì)由主機(jī)、探頭、金屬結(jié)構(gòu)件3部分組成，它主要是用于對鐵路罐車、汽車罐車及臥式罐等的液位測量。超聲波液位計(jì)原理是采用了超聲波在罐外穿透罐壁及液體的方法，通過接收液體表面回波信號，測出液面高度。這種液位計(jì)采用712mhz晶振和專制晶閘管，發(fā)射功率大，接收靈敏度較高，能接收到2次穿透金屬罐壁與液體后反射回的超聲波信息；具有液位超上限和低于下限的聲光報(bào)警，防震、防腐、防雷、防爆性能良好；主機(jī)電源設(shè)計(jì)先進(jìn)，保證主機(jī)工作電流為lmA，防止多出電壓共用地線出現(xiàn)對液晶屏幕干擾現(xiàn)象發(fā)生，超聲波液位計(jì)通過了高低溫、振動(dòng)、運(yùn)輸進(jìn)程和防電磁干擾試驗(yàn)，保證在我國地理環(huán)境復(fù)雜的條件下正常使用。罐外用超聲波液位計(jì)尤其適用于鐵路罐車液體充裝過程中的充裝量多少的監(jiān)督控制，保證用戶向罐內(nèi) 充裝的液體容量控制在鐵路罐車安全運(yùn)輸容量，但是其高昂的價(jià)格目前很難實(shí)現(xiàn)普及應(yīng)用。

2.選用液位計(jì)的原則：

(1)油罐容積：對大型罐(10000～lO0000m)及比較大液化氣罐可選用性能較高液位計(jì)，中小罐可選用一般液位計(jì)；

(2)油罐用途：貿(mào)易罐應(yīng)選用高精度液位計(jì)，中間罐可用一般液位計(jì)；

(3)介質(zhì)特性：儲(chǔ)存粘度大的介質(zhì)(如重油)時(shí)，應(yīng)盡量采用與被測介質(zhì)不接觸或少接觸類型的液位計(jì)，如雷達(dá)式、超聲波式和磁致式液位計(jì)，輕油可采用一般液位計(jì)；

(4)用戶實(shí)際需要：如果用戶要求計(jì)量精度高而投資限制少，可以采用性能好的液位計(jì)，一般情況下，老罐區(qū)改造或更新可結(jié)合原有液位計(jì)使用維護(hù)情況考慮選型，盡量統(tǒng)一選型。

第五篇：雷達(dá)原理論文

雷達(dá)原理論文

姓名： 班級： 學(xué)號：

指導(dǎo)老師：

2014年3月

雷達(dá)的隱身與反隱身技術(shù)

在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中，隱身和反隱身技術(shù)具有重要作用和戰(zhàn)略意義, 上個(gè)世紀(jì)的局部戰(zhàn)爭已充分證實(shí)了這一點(diǎn)，如美國的F-117飛機(jī)在1989年入侵巴拿馬和1991年轟炸伊拉克的戰(zhàn)爭中大顯神威, 這就是隱身技術(shù)應(yīng)用的成功實(shí)例。隱身技術(shù)的迅速發(fā)展對戰(zhàn)略和戰(zhàn)術(shù)防御系統(tǒng)提出了嚴(yán)峻挑戰(zhàn),迫使人們考慮如何摧毀隱身兵器并研究反隱身技術(shù)。

隱身與反隱身技術(shù)越來越受到人們的重視。目前應(yīng)用于武器系統(tǒng)中的探測手段有雷達(dá)、紅外、激光和聲波等,而雷達(dá)在各種探測器中占有相當(dāng)重要的地位,因此研究雷達(dá)的隱身和反隱身技術(shù)勢在必行。

雷達(dá)基本原理

雷達(dá)發(fā)射機(jī)輸出的功率饋送到天線，由天線將能量以電磁波的形式輻射到空間，電磁波脈沖在空間傳輸過程中遇到目標(biāo)會(huì)產(chǎn)生反射，雷達(dá)就是利用目標(biāo)對電磁波的反射、應(yīng)答等來發(fā)現(xiàn)目標(biāo)的。但雷達(dá)的探測距離有一定范圍,雷達(dá)探測的基本原理和系統(tǒng)特征可以用雷達(dá)方程來描述:

Rmax?42PGG??ttr?4??3Smin

式中：Pt為雷達(dá)發(fā)射功率，Smin 為雷達(dá)最小可檢測信號，Gt為發(fā)射天線的增益，Gr為接收天線的增益，?為雷達(dá)工作波長，?為目標(biāo)的雷達(dá)散射截面積（RCS）。

雷達(dá)截面積是目標(biāo)對入射雷達(dá)波呈現(xiàn)的有效散射面積。從公式中可以看出雷

1達(dá)最大作用距離Rmax與目標(biāo)的雷達(dá)截面積?的 次方成正比。因此,要減小雷達(dá)

4的最大作用距離可以通過減小目標(biāo)的RCS 來實(shí)現(xiàn)。目前用來減小目標(biāo)RCS的主要途徑有兩種：一是改變飛機(jī)的外形和結(jié)構(gòu)，稱之為外形隱身；二是采用吸收雷達(dá)波的涂敷材料和結(jié)構(gòu)材料，稱之為材料隱身。

雷達(dá)隱身技術(shù)

雷達(dá)隱形技術(shù)是一種不讓雷達(dá)觀測到的技術(shù)和方法，用于對付雷達(dá)偵察。這是一種最早出現(xiàn)、最常用的隱形技術(shù)，廣泛應(yīng)用于各種隱形武器上2

1)雷達(dá)隱形技術(shù)原理

雷達(dá)隱形技術(shù)原理是通過降低己方目標(biāo)的雷達(dá)散射截面RCS,達(dá)到隱形目的.所謂目標(biāo)的雷達(dá)散射截面RCS，就是定量表征目標(biāo)散射強(qiáng)弱的物理量.目標(biāo)的雷達(dá)散射截面RCS,越小，雷達(dá)接收能量越小，因而使敵方偵察雷達(dá)難于對己方目標(biāo)作出正確的判斷,從而達(dá)到隱形目的。(2)減少雷達(dá)散射截面的途徑

一是采用材料隱形技術(shù)，即采用吸波材料或透波材料，使目標(biāo)不反射或少反射雷達(dá)波，以降低目標(biāo)的雷達(dá)散射截面RCS。雷達(dá)吸波材料是抑制目標(biāo)鏡面反射最有效的方法，早在二戰(zhàn)后期，德國潛艇的潛望鏡上就涂敷了吸波材料。這就是雷達(dá)隱形的初次嘗試?，F(xiàn)在吸波材料技術(shù)種類很多，一般采用鉛鐵金屬粉、不銹鋼纖維、石墨粉、鐵氧體等具有特殊電磁性能的物質(zhì)來制成，它們具有吸波雷達(dá)波的特性。吸波材料按其使用方法可分為涂料型和結(jié)構(gòu)型。目前廣泛使用的涂料型鐵氧體吸波材料可大幅度降低反射回波。

二是采用外形隱形技術(shù)，即對己方的武器裝備采用特殊的形狀，以降低目標(biāo)的雷達(dá)散射截面RCS。外形隱形技術(shù)歷史不長，發(fā)展很快，應(yīng)用十分廣泛。目前已成為隱形技術(shù)中最重要和最有效的技術(shù)途徑。所謂外形隱形技術(shù)，就是合理地設(shè)計(jì)武器裝備的外形，以降低目標(biāo)的雷達(dá)散射截面RCS；同時(shí)使目標(biāo)的回波偏離偵察雷達(dá)的視向。

對飛行器而言，最重要的威脅方向通常是在鼻錐方向某一角度范圍內(nèi)，因此多以減小飛行器頭部方向RCS為重點(diǎn)。由于外形技術(shù)與飛行器的氣動(dòng)性能直接相關(guān)，有時(shí)會(huì)影響其飛行速度和機(jī)動(dòng)性等，因此二者必須進(jìn)行折中處理。例如：隱形飛機(jī)F117A就是采用以外形技術(shù)為主、吸波材料為輔的隱形方案。其形狀是一個(gè)前后緣不平行的復(fù)雜多面體，飛機(jī)大部分表面都后傾，與垂直方向呈大于30°角，并采用大后掠角機(jī)翼和V形雙垂尾。這種奇特外形使F117A在飛行過程中，雷達(dá)上下散射，產(chǎn)生時(shí)隱時(shí)現(xiàn)的微弱回波，雷達(dá)很難探測到這些信號，這就大大降低了F117A的雷達(dá)散射截面RCS，提高了其隱形效果。

雷達(dá)反隱身技術(shù)

反隱身技術(shù)是研究如何使隱身措施的效果降低甚至失效的技術(shù)。雷達(dá)隱身是主要發(fā)展和使用的隱身技術(shù)，因此反雷達(dá)隱身也是當(dāng)前重點(diǎn)發(fā)展的反隱身技術(shù)。

電磁隱形的核心問題在于降低RCS。因?yàn)镽CS越小,雷達(dá)就越難對目標(biāo)做出正確判斷。削減 RCS的方法多種多樣,但大體上不外乎隱身材料和外形設(shè)計(jì)這兩大方向。因此 ,雷達(dá)反隱身技術(shù)的研究也不外乎圍繞這兩大方向來開展。

1.采用長波或毫米波雷達(dá)

長波雷達(dá)可以對付隱身飛機(jī)的外形調(diào)整設(shè)計(jì)及現(xiàn)用的RAM(雷達(dá)吸波材料),使得隱身飛機(jī)外形設(shè)計(jì)與RAM涂層厚度有難以實(shí)現(xiàn)的過高要求。目前發(fā)展很快的長波雷達(dá)是OTH(超視距)雷達(dá),其工作波長達(dá)10m～60m(頻率為 5MHz～28MHz),完全在正常雷達(dá)工作波段范圍之外。這種雷達(dá)靠諧振效應(yīng)探測大多數(shù)目標(biāo),幾乎不受現(xiàn)有RAM的影響。毫米波雷達(dá)是反隱身技術(shù)的有效途徑。由于頻率為30 GHz, 94 GHz,140GHz的毫米波在目前隱身技術(shù)所能對抗的波段之外,同時(shí)毫米波雷達(dá)具有天線波束窄、分辨率高、頻帶寬、抗干擾力強(qiáng)并對目標(biāo)細(xì)節(jié)反應(yīng)敏感等特點(diǎn),使得目標(biāo)外形圖像可在雷達(dá)熒屏上直接顯示出來,因而具有反隱身能力。目前對長波或毫米波雷達(dá)主要研究解決如下問題: VHF雷達(dá)(頻率160MHz～180MHz、波長1.65m～1.90m)在探測低飛目標(biāo)或?qū)Ω度斯じ蓴_時(shí)存在嚴(yán)重問題；OTH雷達(dá)提供的跟蹤和定位數(shù)據(jù)不夠精確;毫米波雷達(dá)(頻率約為 94 GHz)探測概率不高。

2.采用雙/多基地雷達(dá)

雙 /多基地雷達(dá)系統(tǒng)是將發(fā)射機(jī)和接收機(jī)分臵在2個(gè)或2個(gè)以上不同的站址,其中包括地面、空中、海上或衛(wèi)星等多種平臺(tái)。利用遠(yuǎn)離發(fā)射機(jī)的接收機(jī)接收隱身飛機(jī)偏轉(zhuǎn)的雷達(dá)波,從側(cè)面探測隱身目標(biāo),并因無源而不會(huì)受到反輻射導(dǎo)彈的威脅。目前正在研究解決的主要問題是,不論是雙站還是多站雷達(dá),接收機(jī)都必須在發(fā)射波束的作用范圍之內(nèi)并與發(fā)射機(jī)精確同步。解決這個(gè)問題的一個(gè)辦法是,采用廣角天線并利用GPS。

3.采用無載頻超寬波段雷達(dá)

無載頻超寬波段雷達(dá)被稱為“反隱身雷達(dá)”,無載頻脈沖可覆蓋 L、S、C等波段。產(chǎn)生這種脈沖的小型低功率雷達(dá)已廣泛用于民用。目前,正是積極探索適用于防空的無載頻超寬波段雷達(dá),以及研究解決提高無載頻超寬波段雷達(dá)平均功率和在沒有載頻引導(dǎo)下保證寬波段接收機(jī)能區(qū)分出噪聲與目標(biāo)回波的問題。

4.采用激光雷達(dá)和紅外探測系統(tǒng)

由于隱身飛機(jī)主要是針對雷達(dá)電磁波隱身,其聲、光、紅外隱身效果較之雷達(dá)隱身相差很大,所以采用光學(xué)、紅外、紫外探測器 ,可彌補(bǔ)雷達(dá)探測的缺陷。英國宇航公司曾將“輕劍” 雷達(dá)改裝成光電跟蹤系統(tǒng),在6 km的距離上截獲和跟蹤了 B-2隱形轟炸機(jī)。目前正在研究解決的主要問題是 ,提高其作用距離以及在惡劣環(huán)境下的使用效能。

5.發(fā)展空基或天基平臺(tái)雷達(dá)

隱身飛行器的隱身重點(diǎn)一般放在鼻錐方向±45°角范圍內(nèi)。因此,將探測系統(tǒng)安裝在空中或衛(wèi)星上進(jìn)行俯視 ,可提高探測雷達(dá)截面較小目標(biāo)的概率。美空軍的 E-3A預(yù)警機(jī)和海軍正在研制的“鉆石眼”預(yù)警機(jī)以及高空預(yù)警氣球,都能有效地探測隱身目標(biāo)。美國還正在研制預(yù)警飛艇、預(yù)警直升機(jī)、預(yù)警衛(wèi)星等。此外 ,俄羅斯、英國、印度等國都很重視發(fā)展預(yù)警機(jī)的工作。

中國在雷達(dá)反隱身技術(shù)上也取得了一定的突破。

中國曾展出過一款“諧振雷達(dá)”，據(jù)稱，該雷達(dá)是一種新概念雷達(dá)，利用電磁諧振現(xiàn)象使目標(biāo)回波信號增強(qiáng)10-100倍，可連續(xù)觀察和跟蹤飛機(jī)、隱身飛機(jī)、衛(wèi)星、導(dǎo)彈等多種飛行目標(biāo)和水面目標(biāo)，有目標(biāo)識(shí)別能力。成為入侵目標(biāo)的克星，可以提供距離量程為600-2000公里的多種規(guī)格。

隱身技術(shù)與反隱身技術(shù)之間的競爭，最終將會(huì)使得兩種技術(shù)相互促進(jìn)，共同發(fā)展。任何一方的技術(shù)突破帶來的失衡必然會(huì)導(dǎo)致另一方技術(shù)的奮起直追。技術(shù)上的領(lǐng)先和創(chuàng)新將是未來戰(zhàn)爭中出奇制勝的法寶。